JP3681863B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はアモルファスシリコン光導電層からなる感光体を搭載したタンデム型電子写真方式の画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
すでに製品化されているカラープリンタとしてはタンデム型電子写真方式の画像形成装置があるが、それに搭載する感光体は負帯電型のOPCにより構成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記OPC感光体を搭載した画像形成装置を高速カラー印字に応用しようとすると、OPC感光体では磨耗性および耐久性に劣るために適していないという問題点がある。
【0004】
そこで、すべてをアモルファスシリコン光導電層からなる感光体(以下、アモルファスシリコンをa−Siと略記する)にした画像形成装置も提案されているが、帯電能が低く、シアン、マゼンタ、イエローの各色においてコントラストが得られないという問題点がある。
【0005】
本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究に努めたところ、タンデム型電子写真方式のカラープリンタにおいては、実際上カラー印字をおこなうだけでなく、モノクロ(黒色)での印字も頻繁におこなわれ、モノクロ印字の方がカラー印字と比べ、使用頻度が多い場合もあることに着目し、そこで、黒色トナー像を形成する画像形成要素に搭載される感光体をa−Si光導電層と動的押し込み硬さが45〜220kgf/mm2 であるアモルファスシリコンカーバイド(以下、アモルファスシリコンカーバイドをa−SiCと略記する)表面層とが順次積層された層構成に、さらに黒色トナー像以外の着色トナー像を形成する画像形成要素に搭載される感光体をOPCにより構成し、そして、各感光体のプロセススピードを200mm/秒以上にまで高めるたことで、共通の画像形成装置に異種の感光体を搭載しても、画像流れおよび画像劣化が生じなくなり、高速カラー印字用のカラープリンタとして十分に実用性がある画像形成装置となるを知見した。
【0006】
ちなみに、一つの画像形成装置に対して複数の感光体を配列したカラープリンタの場合には、お互いに光導電層が異なる感光体を配設すると、それぞれの性能差によって所要とおりの着色が得られていない。
【0007】
したがって本発明は上記知見により完成されたものであり、その目的は高速カラー印字に適した画像形成装置を提供することにある。
【0008】
また、本発明の他の目的はモノクロ印字に対する耐久性を高めることで、カラー印字との間で使い分けしても、全体としての印字性能を長期間にわたって維持し、これによって長期信頼性の画像形成装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のタンデム型電子写真方式の画像形成装置は、感光体と、該感光体の表面に電荷を付与する帯電手段と、感光体の帯電領域に対して光照射する露光手段と、これら帯電手段と露光手段とにより感光体の表面に静電潜像を生ぜしめるとともに、該静電潜像に対応した着色トナー像を感光体の表面に形成する現像手段と、該着色トナー像を被転写材に転写する転写手段と、該転写後に感光体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、該転写後に残余静電潜像を除去する除電手段とを配設した画像形成要素を複数配列するとともに、黒色トナー像を形成する画像形成要素に搭載される感光体をアモルファスシリコン光導電層と動的押し込み硬さが45〜220kgf/mm2 であるアモルファスシリコンカーバイド表面層とが順次積層された層構成に、黒色トナー像以外の着色トナー像を形成する画像形成要素に搭載される感光体をOPCにより構成して、各感光体のプロセススピードを200mm/秒以上とし、且つ黒色トナー像を形成する画像形成要素に搭載する感光体に対する帯電手段への印加電圧(A)とOPC感光体が搭載された画像形成装置における帯電手段への印加電圧(B)との比(A/B)を1.05〜2.50倍に設定することにより、黒色トナー像を形成する画像形成要素に搭載される感光体とOPC感光体との帯電差を200V以下に設定したことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
感光体の構成
図2は本発明の黒色トナー像を形成する画像形成要素に係る感光体1の層構成であり、導電性の基板2の上に感光層3を真空蒸着法、活性反応蒸着法、イオンプレーテイング法、RFスパッタリング法、DCスパッタリング法、RFマグネトロンスパッタリング法、DCマグネトロンスパッタリング法、熱CVD法、プラズマCVD法などで成膜形成している。この感光層3は、たとえばキャリア注入阻止層4、a−Siからなる光導電層5、a−SiCからなる表面層6とを順次積層してなる。
【0011】
上記基板2は銅、黄銅、SUS、Al、Niなどの金属導電体からなり、あるいはガラス、セラミックなどの絶縁体の表面に導電性薄膜を被覆したものなどがある。この基板2はシート状、ベルト状もしくはウェブ状可とう性導電シートでもよく、このようなシートにはSUS、Al、Niなどの金属シート、あるいはポリエステル、ナイロン、ポリイミドなどの高分子樹脂フィルムの上にAl、Niなどの金属もしくは酸化スズ、インジウム・スズ・オキサイド(ITO)などの透明導電性材料や有機導電性材料を蒸着などにより被覆して導電処理したものを用いる。
【0012】
上記キャリア注入阻止層4はa−Si、a−SiC、アモルファスシリコンナイトライドなどにより形成する。
【0013】
上記光導電層5はa−Siで構成する(ただし、このa−Siにカーボンを入れたa−SiCでもよい)。この光導電層5の厚みを30μm以上にするとOPC感光体の帯電能に相当に近づけることができる。さらにはその厚みを30〜100μm、好適には30〜70μmにするのが望ましく、30μm未満の場合には帯電能力が低くなり、100μmを越えると残留電位が高くなる傾向にある。
【0014】
上記表面層6も絶縁性の高いa−SiCにより構成し、動的押し込み硬さが45〜220kgf/mm2 になるように成分組成を決める。この動的押し込み硬さは成膜におけるCH4 とSiH4 の各ガス流量比および高周波電力などによって決められるものであり、45kgf/mm2 未満の場合には、画像採取時において、感光体表面にキズが発生して画像劣化が生じ、他方、220kgf/mm2 を越えると、感光体表面が削れにくくなり、酸化物の除去が不十分となり、これによって画像流れが発生する。
【0015】
かくして黒色トナー像を形成する画像形成要素に搭載する感光体において、上記のようにa−Si光導電層と動的押し込み硬さが45〜220kgf/mm2 であるa−SiC表面層とが順次積層された層構成にしたことで、画像流れおよび画像劣化が生じなくなり、その結果、高速カラー印字用の感光体1が得られた。
【0016】
画像形成装置の構成
図1は本発明の画像形成装置であって、まずは図3に本発明に係るプリンタ様式の画像形成要素7の原理を示す。8は感光体であり、この感光体8の周面に帯電手段であるコロナ帯電器9と、その帯電後に光照射する露光手段である露光器10(LEDヘッド)と、トナー像を感光体8の表面に形成するためのトナー11を備えた現像手段である現像機12と、そのトナー像を被転写材13に転写する転写手段である転写器14と、その転写後に感光体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段15と、その転写後に残余静電潜像を除去する除電手段16とを配設した構成である。また、17は被転写材13に転写されたトナー像を熱もしくは圧力により固着するための定着器である。
【0017】
このカールソン法は次の▲1▼〜▲6▼の各プロセスを繰り返し経る。
▲1▼感光体8の周面をコロナ帯電器9により帯電する。
▲2▼露光器10により画像を露光することにより、感光体8の表面上に電位コントラストとしての静電潜像を形成する。
▲3▼この静電潜像を現像機12により現像する。この現像により着色トナーが静電潜像との静電引力により感光体表面に付着し、可視化する。
▲4▼感光体表面のトナー像を紙などの被転写材13の裏面よりトナーと逆極性の電界を加えて、静電転写し、これにより、画像を被転写材13の上に得る。
▲5▼感光体表面の残留トナーをクリーニング手段15により機械的に除去する。
▲6▼感光体表面を強い光で全面露光し、除電手段16により残余の静電潜像を除去する。
なお、画像形成要素7はプリンターの構成であるが、露光器10に代えて原稿からの反射光を通すレンズやミラーなどの光学系を用いれば、複写機の構成の画像形成装置となる。
【0018】
次に図1の画像形成装置18において、7aはブラック用の画像形成要素(図中Kで表示する)、7bはイエロー用の画像形成要素(図中Yで表示する)、7cはシアン用の画像形成要素(図中Cで表示する)、7dはマゼンタ用の画像形成要素(図中Mで表示する)である。そして、画像形成要素7a(K)に上記感光体1を搭載し、他の各画像形成要素7b(Y)、7c(C)、7d(M)に公知のOPC感光体を搭載する。また、搬送ベルト19の上に被転写材13としての用紙を乗せて、それを矢印方向へ移動させる。
【0019】
かくして上記構成の画像形成装置18によれば、画像流れおよび画像劣化が生じなくなり、さらに印字ムラが生じなくなり、鮮明なカラー画像が得られるカラー用の画像形成装置が提供できる。しかも、画像形成要素7a(K)の感光体1の耐久性能を向上させたことで、高速カラー印字ができるとともに、カラー印字とモノクロ印字との間で使い分けしても、全体としての品質を長期間にわたって維持できる。
【0020】
また、本発明によれば、黒色トナー像を形成する画像形成要素に搭載する感光体に対する帯電手段の供給電流を、OPC感光体が搭載された画像形成装置における帯電手段の供給電流より、1.05〜2.50倍高くすると、従来周知のOPC感光体の帯電(たとえば約800V)に相当に近づけることができ、すなわちOPC感光体と対比しても200V以下の帯電差にでき、そして、このような帯電差によって、より優位に高速カラー印字ができ、各感光体特性のバラツキが小さくなり、暗減衰特性も小さくなり、これによって印字性能が一段と向上する。なお、このような構成の黒色トナー像形成用感光体1については正負の双方の帯電に適用できる。
【0021】
【実施例】
(例1)
画像形成要素7a(K)の感光体(外形寸法:φ180mm、長さ372mm)については、純度99.9%のAlからなる円筒状の基板の上にプラズマCVD法によって表1に示す成膜条件でもって図2の感光層3を成膜形成した。
【0022】
【表1】
【0023】
他方のOPC感光体については、Alからなる円筒状の基板の上に下引層(中間層)と、膜厚1μm以下のキャリア発生層と、膜厚15〜40μmのキャリア輸送層とが順次積層されたものであって、下引層は水溶性もしくはアルコール可溶性の樹脂、熱硬化性や光硬化性樹脂からなし、また、キャリア発生層は樹脂バインダ中に微粒子の顔料が分散されたもので構成し、さらにキャリア輸送層は正孔移動度の大きな電子供与性を備えて、キャリア輸送材料を樹脂バインダ中に分散溶解した層である。
【0024】
上記画像形成要素7a(K)の感光体をなすa−SiC表面層の動的押し込み硬さを島津製作所製超微小硬度計を使用し、測定したところ、100kgf/mm2 であった。
【0025】
そして、これら各感光体を搭載した図1の画像形成装置18において、各感光体のプロセススピードを210mm/秒に設定したところ、画像流れおよび画像劣化が生じなくなり、さらに印字ムラが生じなくなり、鮮明なカラー画像が得られた。
【0026】
この画像流れは3万枚の耐刷後に、33℃、85%の環境下に8時間放置し、その後に1枚目の画像にて判断するという方法によって、さらに画像劣化は3万枚の耐刷後の画像のキズ等の発生有無によって調べた。
【0027】
(例2)
(例1)の画像形成要素7a(K)の感光体において、そのa−SiC表面層の動的押し込み硬さを幾とおりにも変えて、その他の条件を同じにして、同様に画像流れおよび画像劣化を測定したところ、表2に示すような結果が得られた。これらの結果はそれぞれ30万枚の耐刷をおこなって、画像流れ(印字ボケ)が発生しなかった場合を〇印、印字ボケが発生した場合を×印で表した。また、画像品質については、キズ等が発生しなかった場合を〇印、それが発生した場合を×印で表した。
【0028】
【表2】
【0029】
この表から明らかなとおり、動的押し込み硬さが45〜220kgf/mm2 の範囲内であれば、画像流れおよび画像品質ともに良好であった。
【0030】
(例3)
次に本発明者は、(例1)の画像形成要素7a(K)の感光体において、そのa−SiC表面層の動的押し込み硬さ、ならびに各感光体のプロセススピードを幾とおりにも変えて、その他の条件を同じにして、同様に画像流れおよび画像劣化を測定したところ、表3に示すような結果が得られた。
【0031】
【表3】
【0032】
同表より、動的押し込み硬さが45〜220kgf/mm2 の範囲内に、さらにプロセススピードを200mm/秒以上にしたことで、画像流れおよび画像品質ともに良好となったことがわかる。
【0033】
(例4)
動的押し込み硬さが100kgf/mm2 の範囲内に、さらにプロセススピードを300mm/秒にした画像形成装置において、供給電流を変えて、印字を評価したところ、表4に示すような結果が得られた。
【0034】
この印字評価については二つに分け、〇印は良好な印字が得られた場合、
×印は不良の場合である。
【0035】
【表4】
【0036】
同表から明らかなとおり、印加電圧比(a−Si/OPC)を1.05〜2.50にすると、優れた印字が得られた。ただし、試験No.8についてはa−Si感光体での供給電流が大きすぎて、放電破壊が発生し、黒点が生じた。
【0037】
また、本発明の試験No.3〜試験No.7における画像形成要素7a(K)の感光体1の帯電が−620V〜−770Vであり、上記OPC感光体の帯電が−800Vであって、両者間の帯電差は180V〜30Vであった。
【0038】
以上のような本発明の画像形成装置でもってカラー印字をおこなったところ、印字速度12枚/分でもって優れたカラー画像が得られた。さらに200mm/秒以上のプロセススピードにすると、より優位に高速カラー印字ができ、各感光体特性のバラツキが小さくなり、暗減衰特性も小さくなり、これによって印字性能が一段と向上した。
【0039】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の画像形成装置によれば、黒色トナー像を形成する画像形成要素に搭載される感光体をa−Si光導電層と動的押し込み硬さが45〜220kgf/mm2 であるa−SiC表面層とが順次積層された層構成に、さらに黒色トナー像以外の着色トナー像を形成する画像形成要素に搭載される感光体をOPCにより構成し、そして、各感光体のプロセススピードを200mm/秒以上にまで高めるたことで、画像流れおよび画像劣化が生じなくなり、各感光体特性のバラツキが小さくなり、暗減衰特性も小さくなり、これによって印字性能が一段と向上し、その結果、高速カラー印字用のカラープリンタとして十分に実用となった。
【0040】
また、本発明においては、黒色トナー像を形成する画像形成要素に搭載される感光体をa−Si光導電層により構成して、その帯電手段への印加電圧を、黒色トナー像以外の着色トナー像を形成すべくOPC感光体が搭載された画像形成要素における帯電手段の印加電圧と比べ、1.05〜2.50倍高くしたことで、高速カラー印字に適する高性能なカラープリンタが提供できた。
【0041】
しかも、本発明によれば、モノクロ印字に対する耐久性を高めることで、カラー印字との間で十分に使い分けができ、全体としての印字性能を長期間にわたって維持できた長期信頼性の画像形成装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像形成装置の概略図である。
【図2】発明の実施形態に係る感光体の層構成を示す断面図である。
【図3】本発明の画像形成要素の概略図である。
【符号の説明】
1、8 感光体
2 基板
3 感光層
5 光導電層
6 表面層
7、7a、7b、7c、7d画像形成要素
9 コロナ帯電器
10 露光器
11 トナー
12 現像機
13 被転写材
14 転写器
15 クリーニング手段
16 除電手段
18 画像形成装置
19 搬送ベルト
Claims (1)
- 感光体と、該感光体の表面に電荷を付与する帯電手段と、感光体の帯電領域に対して光照射する露光手段と、これら帯電手段と露光手段とにより感光体の表面に静電潜像を生ぜしめるとともに、該静電潜像に対応した着色トナー像を感光体の表面に形成する現像手段と、該着色トナー像を被転写材に転写する転写手段と、該転写後に感光体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、該転写後に残余静電潜像を除去する除電手段とを配設した画像形成要素を複数配列するとともに、黒色トナー像を形成する画像形成要素に搭載される感光体をアモルファスシリコン光導電層と動的押し込み硬さが45〜220kgf/mm2 であるアモルファスシリコンカーバイド表面層とが順次積層された層構成に、黒色トナー像以外の着色トナー像を形成する画像形成要素に搭載される感光体をOPCにより構成して、各感光体のプロセススピードを200mm/秒以上とし、且つ黒色トナー像を形成する画像形成要素に搭載する感光体に対する帯電手段への印加電圧(A)とOPC感光体が搭載された画像形成装置における帯電手段への印加電圧(B)との比(A/B)を1.05〜2.50倍に設定することにより、黒色トナー像を形成する画像形成要素に搭載される感光体とOPC感光体との帯電差を200V以下に設定した画像形成装置。
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